减压蒸馏、折光率测定.doc

实验一 减压蒸馏法分离提纯二甲基亚砜水溶液
减压蒸馏是分离提纯常压下高沸点和高温下性质不稳定有机物的常用方法, 应用这一方法，可将常压沸点高的物质、以及在常压蒸馏时还没达到沸点就会分解、氧化或聚合的物质，进行纯化。本实验采用该方法，对二甲基亚砜与水的混合溶液，进行分离提纯。
一、实验目的和要求
 （1）了解减压蒸馏的原理和应用范围。掌握气液平衡点下温度、压力和气液组成的关系。
 （2）认识减压蒸馏的主要仪器设备，掌握减压蒸馏装置的搭建和操作方法。
 （3）熟悉真空体系的操作特点，掌握实验室常用真空设备的使用方法。
二、基本原理
液体的沸点是它的蒸气压等于外界大气压时的温度，液体沸腾的温度随外界压力的降低而降低。用真空泵连接盛有液体的容器，使液体表面上的压力降低，能降低液体的沸点，这种在较低压力下进行的蒸馏操作，称为减压蒸馏。
被蒸馏液体中若含有低沸点物质时，通常先进行普通蒸馏，再进行减压蒸馏。
三、主要仪器和药品
铁架台 3 双顶丝4 万能夹4 电热保温套1 三口烧瓶1 温度计2 玻璃毛细管（带螺旋夹和乳胶管）1 温度计套管3 蒸馏头（或分馏柱）1 冷凝管1 接收头1 单口烧瓶1 缓冲瓶（带二通阀、玻璃管和胶塞）1 真空泵1 滴管1 阿贝折光仪1 恒温水浴发生器1 乳胶管和真空胶管 擦镜纸 二甲基亚砜 凡士林
四、操作要点和说明
    减压蒸馏系统可分为蒸馏装置和减压装置两部分。
    1、蒸馏部分
蒸馏装置与常压蒸馏相似，包括：
   （1）三口烧瓶 瓶的一颈中插入一支较长温度计，用于测定母液温度；另一颈中插入一根末端拉成细丝状毛细管（或带有小孔）的玻璃管，玻璃管上端连有一段带螺旋夹的橡皮管。
螺旋夹用以调节进入空气的量, 使极少量的空气进入母液，呈微小气泡冒出，作为母液沸腾的气化中心，使蒸馏平稳进行；向母液中加入沸石，也可以形成气化中心，但多次沸腾易使沸石失效，需多次加入。
   （2）蒸馏头 为了提高分离效率，可选用刺型分馏柱。顶部插温度计，用于测气相温度。
   （3）冷凝管 和普通蒸馏相同。
（4）接液管（接收管）和接收烧瓶 与普通蒸馏不同的是，接液管上具有可供接抽气部分的小支管。
   2、减压部分
   减压部分包括真空泵、测压表和保护装置（缓冲瓶等）。实验室常用真空泵有水环式和旋片式两种。水环泵以水为工作介质，所能达到的最低绝对压强约为3kPa（室温下水的饱和蒸汽压）；旋片泵以低沸点的专用泵油为工作介质，能抽至绝对压强1Pa以下。
（旋片泵结构较精密，工作条件要求较严。蒸馏时，如果有挥发性的有机溶剂、水或酸的蒸气，都会损坏旋片泵及降低其真空度，使用时必须注意保护，需要在馏出液接受器与真空泵之间顺次安装冷阱和吸收塔等保护装置。冷阱中冷却剂的选择随需要而定。吸收塔（干燥塔）通常设三个：第一个装无水CaCl2或硅胶，吸收水汽；第二个装粒状Na0H，吸酸性气体；第三个装切片石腊，吸烃类气体。）
五、操作步骤
1 搭建减压蒸馏装置，注意：加热套与烧瓶之间要留有间隙，以方便加热套撤出；玻璃磨口处涂少许凡士林，以增加润滑提高气密性；接收管、接收瓶和缓冲瓶可置于大小合适的塑料盒中，以防破损。
2 开动真空泵，视体系气密性进行必要调整，气密性可根据真空表读数来判断，关闭鼓泡玻璃管的进气螺旋夹和缓冲瓶的二通阀后，体系最大真空度应大于0.095MPa。
3 停止抽真空，用量筒取70ml二甲基亚砜水溶液，加入蒸馏烧瓶中。
4开动真空泵，通过二通阀调整真空度至40kPa。通过螺旋夹调整玻璃管进气量，形成微细鼓泡。加热至沸腾，加热应避免过于猛烈，以防瓶内液体由于暴沸而冲入冷凝管中。收集馏分，读取相应的沸腾温度区间，5-10分钟后，停止加热移除热源后，停止抽真空。
5 用滴管和小烧杯配合，移取少许母液和馏分样品，通过阿贝折光仪分别读取馏分和母液样品的折光率，查表确定浓度。
6 调整真空度至50 kPa，重复4、5操作。
7 调整真空度至60 kPa，重复4、5操作。
六、注意事项
  （1）加热一定要在体系真空度稳定之后进行，以防暴沸。
   （2）真空度的调整方法 装置安装完成后，先旋紧毛细管上的螺旋夹，打开缓冲瓶上的二通活塞，使体系与大气相通。启动真空泵，小心旋动缓冲瓶上的二通活塞，观察真空表读数，调节体系内压到所需值。再调整玻璃管上的螺旋塞，使鼓泡细而均匀，切勿太剧烈。
   （3）系统真空度稳定后，先通冷凝水，再打开加热装置，一旦减压蒸馏开始，应密切注意体系沸腾状况，通过加热电压和加热距离来调整供热量，按时记录压力和相应的气液温度，收集馏分。
   （4）蒸馏中途暂停或完毕，应先移去热源，再旋开螺旋夹（防止倒吸），并打开二通活塞，平衡内外压力，然后再关闭真空泵和冷却水。
七、思考题
  1、减压蒸馏适用何种物质提纯？答：沸点高的物质以及在普通蒸馏时还没达到沸点温度就已分解，氧化或聚合的物质才用减压蒸馏。
2、为什么进行减压蒸馏时须先稳定体系真空度然后再加热？
答：因为加热会使母液吸热升温，同时母液内充满空气，先加热再抽气时，部分母液将迅速气化产生大量气体，气体夹带母液，冲进冷凝管，产生暴沸。大量气体来不及冷凝和吸收，还会直接进入真空泵，损坏泵改变真空度。
  3、减压蒸馏结束时，应如何停止减压蒸馏？
答：蒸馏完毕应先移去热源，后慢慢旋开螺旋夹，并慢慢打开二通活塞，以防止倒吸！平衡内外压力，使测压计的水银柱慢慢地回复原状（若放开得太快，水银柱很快上升，有冲破压力计的可能）然后关闭真空泵和冷却水。
4、真空体系的真空度受哪些因素影响？
5、减压蒸馏过程中母液温度受哪些因素影响？
6、哪些因素会导致母液体系产生暴沸？

附录一： 液态有机化合物折光率的测定
一般地说，光在两个不同介质中的传播速度是不相同的，所以光线从一个介质进入另一个介质，当它的传播方向与两个介质的界面不垂直时，则在介面处的传播方向发生改变，这种现象称为光的折射现象。
折光率是有机化合物最重要的物理常数之一．作为液体物质纯度的标准，它比沸点更为可靠。利用折光率，可以鉴定未知化合物，也用于确定液体混合物的组成。
    物质的折光率不但与它的结构和光线有关，而且也受温度、压力等因素的影响。所以折光率的表示，须注明所用的光线和测定时的温度，常用nt D表示。
   操作要点和说明
    1、将阿贝折光仪置于靠窗口的桌上或白炽灯前，但避免阳光直射，用超级恒温槽通入所需温度的恒温水于两棱镜夹套中，棱镜上的温度计应指示所需温度，否则应重新调节恒温槽的温度。
    2、松开锁钮，打开棱镜，滴1－2滴丙酮在玻璃面上，合上两梭镜，待镜面全部被丙酮湿润后再打开，用擦镜纸轻擦干净。
    3、校正 用重蒸蒸馏水较正
    打开梭镜，滴1滴蒸馏水于下面镜面上，在保持下面镜面水平情况下关闭棱镜，转动刻度盘罩外手柄（棱镜被转动），使刻度盘上的读数等于蒸馏水的折光率（n20 D＝1.33299，n25 D＝1.3325）调节反射镜使入射光进入棱镜组，并从测量望远镜中观察，使视场最明亮，调节测量镜（目镜），使视场十字线交点最清晰。
    转动消色调节器，消除色散，得到清晰的明暗界线，然后用仪器附带的小旋棒旋动位于镜筒外壁中部的调节螺丝，使明暗线对准十字交点，校正即完毕。
    4、测定
    用丙酮清洗镜面后，滴加1－2滴样品于毛玻璃面上，闭合两棱镜，旋紧锁钮。如样品很易挥发，可用滴管从棱镜间小槽中滴入。
    转动刻度盘罩外手柄（棱镜被转动），使刻度盘上的读数为最小，调节反射镜使光进入棱镜组，并从测量望远镜中观察，使视场最明亮，再调节目镜，使视场十字线交点最清晰。
    再次转动罩外手柄，使刻度盘上的读数逐渐增大，直到观察到视场中出现的半明半暗现象，并在交界处有彩色光带，这时转动消色散手柄，使彩色光带消失，得到清晰的明暗界线，继续转动罩外手柄使明暗界线正好与目镜中的十字线交点重合。从刻度盘上直接读取折光率。
    5、注意事项
   (1)要特别注意保护棱镜镜面，滴加液体时防止滴管口划镜面。(2)每次擦拭镜面时，只许用擦镜头纸轻擦，测试完毕，也要用丙酮洗净镜面，待干燥后才能合笼棱镜。(3)不能测量带有酸性、碱性或腐蚀性的液体。(4)测量完毕，拆下连接恒温槽的胶皮管，棱镜夹套内的水要排尽。(5)若无恒温槽，所得数据要加以修正,通常温度升高1℃，液态化合物折光率降低3.5－5.5×10-4。
25℃时DMSO折射率与其浓度的关系表
折射率
DMSO(℅)
折射率
DMSO(℅)
折射率
DMSO(℅)
折射率
DMSO(℅)
1.3338
1
1.3692
26
1.4085
51
1.4477
76
1.3351
2
1.3707
27
1.4102
52
1.4483
77
1.3364
3
1.3723
28
1.4118
53
1.4497
78
1.3377
4
1.3738
29
1.4135
54
1.4510
79
1.3390
5
1.3753
30
1.4151
55
1.4523
80
1.3404
6
1.3769
31
1.4167
56
1.4536
81
1.3417
7
1.3785
32
1.4183
57
1.4549
82
1.3431
8
1.3800
33
1.4200
58
1.4563
83
1.3444
9
1.3816
34
1.4216
59
1.4576
84
1.3458
10
1.3833
35
1.4232
60
1.4589
85
1.3472
11
1.3849
36
1.4249
61
1.4599
86
1.3486
12
1.3865
37
1.4266
62
1.4609
87
1.3499
13
1.3881
38
1.4284
63
1.4620
88
1.3513
14
1.3897
39
1.4301
64
1.4630
89
1.3527
15
1.3913
40
1.4318
65
1.4644
90
1.3540
16
1.3929
41
1.4331
66
1.4667
91
1.3552
17
1.3945
42
1.4345
67
1.4673
92
1.3565
18
1.3961
43
1.4358
68
1.4684
93
1.3577
19
1.3977
44
1.4372
69
1.4695
94
1.3600
20
1.3993
45
1.4385
70
1.4708
95
1.3615
21
1.4009
46
1.4399
71
1.4715
96
1.3631
22
1.4024
47
1.4414
72
1.4728
97
1.3646
23
1.4040
48
1.4428
73
1.4742
98
1.3662
24
1.4055
49
1.4443
74
1.4755
99
1.3677
25
1.4069
50
1.4457
75
1.4768
100

附录二： 二甲基亚砜介绍
一、概述

英文名 Dimethyl sulfoxide 别名DMSO 分子式（CH3）2 SO 分子量 78.12 密度 1.1 熔点 18.4-19.0°C 　沸点 189°C　折射率 1.477-1.48 闪点 95°C
　　二甲基亚砜（DMSO）是一种含硫有机化合物，常温下为无色无臭的透明液体，具有吸湿性，可燃，高极性，高沸点，非质子性，可与水混溶，毒性极低，热稳定性好，能溶于乙醇，丙醇，苯和氯仿等大多数有机物，被誉为“万能溶剂”。
二甲基亚砜广泛用作溶剂和反应试剂，特别是丙烯腈聚合反应中作聚合溶剂和抽丝溶剂，作聚氨酯合成及抽丝溶剂，作聚酰胺，聚酰亚胺和聚砜树脂的合成溶剂，以及芳烃，丁二烯抽提溶剂和合成氯氟苯胺的溶剂等。除此之外，在医药工业中二甲基亚砜还有直接用作某些药物的原料及载体。二甲基亚砜本身有消炎止痛，利尿，镇静等作用，常作为止痛药物的活性组分添加于药物之中。
二、生产
我国二甲基亚砜生产装置均采用甲醇与二硫化碳为原料合成二甲基硫醚，温度380度，常压，同时可副产10%以上的甲硫醇等副产品。二甲基硫醚生产二甲基亚砜采用氧化和精制两个工序。
　　在氧化工序中，二甲基硫醚与二氧化氮（NO2）在液相中反应生成二甲基亚砜，同时二氧化氮被还原成氧化氮，采用逆流塔式液相氧化反应器，塔底温度60度，塔顶温度25度。二氧化氮由亚硝酸钠和浓硫酸反应制备，被还原后生成的NO用氧气氧化重新制得二氧化氮。未反应的二甲基硫醚经闪蒸从产物中分离，再循环使用，二甲基亚砜粗产品用氢氧化钠进行中和处理。
二甲基亚砜精馏采用三塔流程，经蒸发脱盐、减压精馏脱水和真空精馏获得纯度为99%以上的精制二甲基亚砜产品。
三、应用
国内二甲基亚砜主要用于生产氟哌酸中间体氯氟苯胺的溶剂。近年占国内消费量的46%。氟哌酸药物是喹诺酮类新一代抗菌素，是国内重点发展产品之一。国内二甲基亚砜的第二大用途是用作腈纶生产的溶剂，需求量也将有较大增加。二甲基亚砜在其他领域的用量（如作为芳烃抽提与聚酰亚胺、聚砜树脂、三氟硝基苯、对（邻）硝基氟苯等合成时的溶剂）也将有所增加。

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